美高森美中阶FPGA主打低功耗高性能

日期:2017-02-15

业界最低功耗的成本优化FPGA系列适用于接入网、无线基础设施、国防和工业4.0市场
 
日前,致力于在功耗、安全、可靠性和性能方面提供差异化半导体技术方案的领先供应商美高森美公司(Microsemi Corporation)宣布提供全新成本优化PolarFire™ 现场可编程逻辑器件(FPGA)产品系列。该公司系统级芯片产品组SoC业务部副总裁兼业务部经理Bruce Weyer和系统级芯片产品组产品线高级营销总监Shakeel Peera向记者介绍了当前中等密度FPGA器件的市场状况,同时介绍了PolarFire的特性和优势,并回答了媒体关心的问题。
 

 
致力于25亿美元潜在市场
 

 
Bruce Weyer表示,现今蜂窝基础设施和有线接入网络正在面对快速转型,一方面必须为客户提供兆兆字节(terabytes)的高价值内容,同时降低运营和资产支出花费,以及减少其热消耗和碳排放。美高森美的PolarFire FPGA器件在中等密度范围FPGA器件中具备了业界最低功耗、12.7 Gbps串化/解串(SerDes)收发器,以及领先的安全性和可靠性。该FPGA产品系列适合广泛的应用范围,涵盖有线接入网络和蜂窝基础设施、国防和商用航空市场,以及包括工业自动化和物联网(IoT)市场的工业4.0应用。
该器件可提供最低功耗的10Gbps端口,为日益增多的聚合业务提供了高成本效益的带宽处理能力。全新FPGA系列还可以应对市场日益增多的现实网络安全威胁问题,以及基于深亚微米SRAM的FPGA器件的配置内存所面临的单事件翻转(SEU)相关的可靠性问题。
他介绍说,美高森美服务全球的多元化市场,包括航空航天和国防、通信、数据中心和工业。在分析市场动态时他表示,PolarFire FPGA器件覆盖的领域带宽为1G至40G,需求在于更低成本、更低功耗的网络边缘智能和加速,强大的网络安全性、功能安全性和可靠性。美高森美的FPGA解决方案成本优化、低功耗、12.7G 收发器、40G 架构、业界领先的安全性和可靠性。
Bruce Weyer强调,美高森美深耕可编程逻辑行业30年,其FPGA重点在于功率效率、安全性和可靠性,针对中等密度范围优化,而这个潜在市场将从15亿美元扩大至超过25亿美元;同时涵盖低端和中阶FPGA市场区间,此外,新产品系列的创新特性支持美高森美在通信基础设施市场实现持续增长。
他说:“我们新的FPGA产品系列改变了市场对于传统中等规模FPGA器件的认知。非易失性FPGA器件首次具备了全部已知好处,其明确的功耗和成本优势超越了带有10 Gpbs收发器的SRAM FPGA器件,从而提供了必要的差异性,在满足客户不断变化的需求的同时填补了市场空白。”
据介绍,新器件适合多个通信市场应用领域,包括有线接入、网络边缘、城域(1至40G);无线异构网络、无线回程、智能光学模块和视频广播。这些器件也非常适合国防和航空航天市场应用,比如加密和信任根、安全无线通信、雷达和电子战(EW)、飞机网络、推进和控制。PolarFire FPGA器件适合的工业市场应用包括流程控制和自动化、机器视觉处理和分析、可编程逻辑控制器、工业网络,以及视频和图像处理。
 
多项优化造就全新FPGA器件
 

 
Shakeel Peera在介绍新产品时表示,PolarFire降低功耗多达50%,可同时满足特定市场需求,是通过创新设计实现成本和功耗优化的中阶FPGA器件。它具有持续领先的安全性和可靠性,以应对网络安全威胁和满足安全关键性应用需求。而1K至500K可编程逻辑单元(LE)器件使美高森美成为了范围宽泛的FPGA供应商。
他介绍说,PolarFire是唯一一款具有12.7G SERDES的成本和功耗优化的FPGA器件,相对普通中等规模FPGA器件降低了功耗/成本,相对成本/功耗优化的FPGA器件提升了性能,是最低功耗的中等规模FPGA器件。
 

 
Shakeel Peera还对成本优化和功耗优化进行了详细剖析。在工艺技术方面,基于SONOS的28nm CMOS工艺是最节约成本的节点,竞争产品使用昂贵的HKMG 或FiNFET来降低功耗;在密度优化方面,优化的架构适用低于500K LEs密度,竞争产品的伸缩性的架构可用于数百万LE密度,瀑布式由上而下裁剪出的中等规模器件,低效率而昂贵;至于收发器性能,针对12.7 Gbps性能而优化的器件,更小尺寸、更低功耗,竞争产品收发器的设计需要支持30 Gbps性能,瀑布式设计降低其速率,导致较大硅片浪费;新产品的1.6 Gbps I/O支持SGMII,是唯一一款具有这项性能的低成本中等密度器件,包括同级最佳的硬件式I/O速率变换逻辑和CDR,竞争产品必需使用昂贵的FPGA器件才可获得这项功能;在中等规模器件中采用了高性能硬件式安全IP,竞争产品中等规模器件没有这项功能,仅在某些高端FPGA器件或昂贵的SoC器件中提供。以下是功耗优化的剖析。
 

 
他介绍说,通过与Silicon Creations合作,美高森美研制出了全面优化的12.7 Gbps收发器,尺寸小并且低功耗,从而将10 Gbps的总体功耗降低至90 mW以下。PolarFire器件具有同级最低的静态功耗,例如100K逻辑单元(LE)器件为25mW;零浪涌电流;独特的Flash*Freeze模式,在25度下 130 mW的待机功耗为同级最佳。对于相同的应用,其总功耗比竞争性FPGA器件降低多达50%。美高森美还为客户提供分析功耗的功率估算器。在实施方案之后,客户还可以使用SmartPower Analyzer分析整个设计的功耗。
 

 
在谈到FPGA安全性时,Shakeel Peera认为,网络安全性是网络边缘的联网设备的首要考虑因素,价值400美元的DPA黑客攻击设备就可能带来数百万美元的IP偷窃。新的FPGA系列具备配置单元的SEU先天免疫能力,提供业界最佳可靠性。其它增强可靠性的特性包括:内置单错校正和双错检测(SECDED)、大型静态随机存取存储器(LSRAM)的交叉存取,以及针对安全关键性设计的系统控制器暂停模式。
通过充分利用美高森美在安全性方面的专有技术,PolarFire FPGA器件提供具有Cryptography Research Incorporated(CRI)专利的差分功率分析(DPA)位流保护功能、集成了物理不可克隆功能(PUF)、安全的56 KB嵌入式非易失性存储器(eNVM)、内置篡改检测器和对策、真正的随机数发生器、集成了Athena TeraFire EXP5200B Crypto协处理器(Suite B功能),以及CRI的DPA应对策略的授权许可。
Shakeel Peera说:“PolarFire FPGA器件可让客户毋须购买具有较高功率且成本较高的FPGA器件来获得许多中等带宽应用所需的12.7G收发器性能,同时扩大了公司超低功耗、高可靠性和高安全性产品优势。通过结合高成本效益PolarFire FPGA和美高森美广泛的专用标准产品(ASSP)组合,可以实现定时、语音处理、存储、光传输网络(OTN)交换和运输领域的端至端解决方案,以及多个市场领域的功率管理。”
他透露,美高森美已通过早期使用计划(Early Access Program)与精选客户密切合作,已经有项目开始采用PolarFire产品系列。美高森美还提供PolarFire开发套件,包括可用于全面的开发和测试的高性能PolarFire Eval Kit们以及有流行的接口的较低成本套件PolarFire Splash Kit。
 

 
美高森美Libero SoC设计套件提供了全面并且易于学习使用和采纳的开发工具,用于其成本优化PolarFire FPGA器件的设计,提高了生产率。这款套件包含完整的设计流程,包括Synopsys Synplify Pro 综合和Mentor Graphics ModelSim Pro混合语言仿真,带有同级最佳约束管理,以及美高森美差异化的调试套件SmartDebug。1G 以太网、10G以太网、JESD204B、DDR 内存接口、AXI4互联IP以及其它流行IP已经可以在PolarFire器件上部署。
 
www.microsemi.com

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